Бактерии-«светлячки»: красноярские ученые нашли помощников в борьбе с экологическими проблемами

Исследователи Сибирского федерального университета и Института биофизики СО РАН нашли у биолюминесцентных бактерий способность выделять наночастицы селена. Их можно использовать в медицине для терапии и профилактики поражённых органов и тканей, а также в экологических целях.

Красноярские учёные установили, что бактерии Photobacterium phosphoreum идеально подходят для наблюдения за уровнем селена в водоёмах. Свечение «светлячков» уменьшается при повышении концентрации этого элемента, что служит предупреждением о потенциальной угрозе экосистеме.

Экспериментально было выяснено, что кроме своей биологической роли P. phosphoreum находит применение в экологии. Бактерии используются для распознавания токсичности воды. Они прикрепляются к специальным чипам, где их свечение уменьшается в присутствии биоразлагаемых токсинов. Таким образом, световые реакции этих микроорганизмов помогают оценить степень загрязнения водоёмов и проводить мониторинг окружающей среды.

Справка: Photobacterium phosphoreum – биолюминесцентный микроб, живая бактерия, излучающая свет с помощью фермента люциферазы. Этот фермент источает синеватый свет при взаимодействии с кислородом.

Селен является жизненно важным микроэлементом для человека, который поддерживает иммунную систему и функционирование щитовидной железы. Он помогает при проблемах с кожей и заболеваниях, таких как гепатит и панкреатит. Нехватка селена может повлечь дистрофию печени и почек, замедление роста костей, у детей есть риск задержки психомоторного развития.

В то же время высокие концентрации селена могут быть ядовиты для организмов водных экосистем. В России есть регионы с природно высоким содержанием токсичных соединений селена в воде, почве и горных породах. Растворимые в воде составные части селена нередко попадают в воду в результате человеческой деятельности, в частности в процессе добычи полезных ископаемых. Потому важно контролировать уровень его содержания. Особенно в Красноярском крае, Якутии и на Урале, так как концентрация опасного элемента в водоемах этих регионов очень велика.

«Когда в водоёме возникает подобный избыток (ред. – селена), в работу включаются бактерии. Они умеют переводить эти соединения в безопасную форму и "упаковывать" аморфный селен в виде наночастиц. Можно сказать, что биолюминесцентные бактерии начинают производить эти наночастицы в экстремальных для себя условиях, когда избыток селенитов и селенатов в среде обитания начинает угрожать их существованию», – рассказала доктор физико-математических наук, профессор кафедры биофизики СФУ Надежда Кудряшева.

Наночастицы, создаваемые P. phosphoreum, имеют большой спектр применений, таких как производство полупроводников, медицинские и косметологические препараты (например, противоопухолевые средства). Ими можно пользоваться как радиопротекторами и эффективными носителями для доставки лекарств в поражённые органы и ткани, так как селен не вызывает аллергии и идеально совместим с организмом человека.

Эти наночастицы способны улучшить экологическое состояние водоёмов и почвы. Вполне возможно, что их использование для повышения устойчивости растений к болезням может снизить потребность в пестицидах и удобрениях. Также учёные намерены изучить способность этих бактерий к синтезу частиц железа, что может помочь в разработке методов уничтожения раковых клеток.

Фото: «Shutterstock», «наука.рф»